大跨度黄土公路隧道采用偏心CD环形开挖施工工法.ppt

大跨度黄土公路隧道采用 偏心CD环形开挖施工工法,杜松 中铁十一局集团第五工程有限公司五一路项目部 二一三年四月,一、工法背景,平阳高速公路阳曲1号隧道为一座上、下行分离双向六车道高速公路特长隧道，隧道左线长4685米，右线长4711米；其中隧道进口湿陷性黄土段左、右线长约2000余米，黄土段埋深在2.0m34.0m，开挖跨度为17.23m19.87 m。该隧道为山西省首例大跨度、超浅埋湿陷性黄土特长公路隧道。隧址土体主要以上覆马兰组黄土、下覆离石组黄土为主。马兰组黄土土体疏松，质纯，大孔隙，垂直节理发育。,乏水状态下马兰组黄土,冻融状态下马兰组黄土,离石组黄土以棕黄色亚粘土为主，中间夹钙质结核层，与马兰组黄土相比，土体密实，稳定性好。,富含钙质结核层离石组黄土,由于业主工期要求，阳曲1号隧道进口黄土段进洞施工未避开湿陷性黄土春融期，于2010年初率先进洞施工。但在随后的两个月时间里，采用传统的双侧壁导坑法掘进施工，左、右,双侧壁导坑法施工，拱部马兰组黄土经常失稳溜塌,线单洞掘进平均仅15m/月；由于春融影响，隧道拱顶沉降和周边收敛较大，局部地段侵入二衬净空，无法满足设计和工期要求。,鉴于此，项目部依托公司技术力量和社会资源，邀请铁道部第三勘察设计院、同济大学、重庆大学、西安科技大学、石家庄铁道大学、解放军后勤工程学院、重庆交通大学等单位的业界专家、学者共同对黄土隧道施工工艺进行改良。,首先，采用 “三台阶法”，施工过程中，由于三车道黄土隧道呈扁平椭圆形，开挖跨度较大，达17.23m；分台阶开挖，不利于初期支护及时封闭成环，且结构矢跨比较小，结构受力较薄弱，最后该工艺以掌子面冒顶宣告失败。,三台阶施工隧道冒顶,其次，采用“CD法”，采用CD法施工，先小导坑掘进，释放黄土应力，采用侧壁临时支护和临时仰拱及时封闭成环，初期支护受力体系较好，但该工艺施工步序繁琐，洞内施工组织复杂，月进尺仍不能满足工期要求，该工艺被迫“流产”。,最后，采用我今天所讲的施工工艺（即：浅埋大跨度黄土隧道采用偏心CD环形开挖施工工法）施工，该工法类似CD法，但我们从中省略了临时仰拱工序，简化施工步序，化,偏心CD环形开挖施工，小导坑先行，环形导坑紧跟。,繁为简，为洞内施工组织提供便利，提高机械利用率。同时采用小导坑掘进释放土体应力，环形导坑紧跟施工，利于初期支护及时闭合成环，初期支护结构受力体系完整。采用该工艺施工平均月进尺50m/月左右，最高纪录为单洞掘进93m/月；且安全、质量、进度平稳可控，满足各方要求。,二、偏心CD环形导坑开挖工法特点,2.1 与普通土质隧道开挖相比，阳曲1号隧道由于受隧址埋深，结构物跨度，以及大断面的限制，本工法采用分部开挖可以划分围岩断面，促使围岩应力从新分布，先掘进小导坑可以提前释放围岩应力，预知前方掌子面土体情况，降低围岩冒顶、塌方的发生概率；其次环形导坑紧跟，初期支护及时封闭成环，利于支护体系整体受力。 2.2 超浅埋大跨度黄土隧道采用偏心CD环形开挖施工，较设计双侧壁导坑施工，工序简洁，便于施工组织管理，可加快施工进度，缩短工期； 提高机械利用率，节约人工和材料。,三、工法原理,浅埋地层大跨度黄土隧道采用偏心CD环形开挖法施工是根据“预加固、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原理，通过监测隧道拱顶沉降及周边收敛等数值，不断优化开挖方案，采用分部开挖形式、合理选择开挖进尺、缩短各工序衔接时间、严格控制衬砌安全距离等方法，避免因开挖方法不当和仰拱、二次衬砌滞后导致隧道拱顶下沉、掌子面崩塌等病害的发生，以保证黄土隧道在浅埋地段的施工安全。,根据隧道拱顶沉降监测和周边收敛数据，确定合理的分部开挖形式和衬砌安全距离，偏心CD环形开挖施工采用偏心导坑+环形开挖法分部前后错开开挖，开挖过程中,左侧小导坑超前开挖支护，降低隧道相对围岩级别，提前释放围岩应力，右导坑结合拱部环形同步跟进施工，快速闭合支护结构，减少对围岩的扰动，分部支护，形成支护整体；缩短作业循环时间，逐步向纵深推进，形成开挖及施作初期支护，混凝土仰拱紧跟掌子面及时施作构成稳固的支护体系。,四、工法适用范围,本工法适用于大跨度超浅埋自稳性较好黄土隧道施工。若隧道全部以马兰组黄土为主，则不适宜采用该工法施工。,五、工法施工工艺,5.1 工艺施工流程,5.2 施工工艺流程,5.3 施工重点及注意事项,5.3.1 施工准备 做好场地的“三通一平”工作，隧道洞门因处于退耕还林区，植被及杂草相对较茂密，本着“早进晚出”的原则，尽量少破坏植被，减少洞口刷方工程和护坡工程量。边仰坡开挖后，及时进行“喷、锚、网、喷”支护，及时封闭土体，并做好边坡防排水施工。同时，湿陷性黄土隧道进洞施工时宜避开春融和雨季。 5.3.2 超前支护 开挖前，对土体拱部和临时支护外侧拱腰以上部位采用42注浆导管施工，注浆导管参数根据实际情况动态控制，确保开挖时洞顶和侧墙土体稳定。（阳曲1号隧道施工时采用每环长2.5m，环向40cm间距施工）,5.3.3 洞身开挖及初支 由于隧道开挖跨度大，为确保施工安全，开挖进尺每循环控制进尺为50cm（单榀工字钢进尺），采用左小导坑先行、预留核心土环形导坑紧随两个工作面施工，洞身开挖采用人工风镐修边配合挖掘机掘进，利于控制隧道超欠挖。 （1）人工风镐配合挖掘机沿开挖轮廓线自上而下开挖左小导坑，开挖后及时喷射混凝土（喷射混凝土厚度和支护强度根据掌子面情况可动态调整），封闭作业面，边墙初支和临时初支作业及时跟上，避免侧墙向导坑内崩塌。,（2）左小导坑超前施工后3m5m后，同时开挖环形导坑，预留核心土，进行环形导坑支护，使初期支护及时与左小导坑支护体系闭合。隧址土体较稳定情况下，可以两个作业面平行推进施工，遇不良地质段应避免左、右侧两个工作面同时施工。 （3）工艺控制点：预留核心土处理。阳曲1号隧道预留核心土呈梯形状，断面尺寸约4m（高）4m（底宽）；环形导坑开挖结束后，应及时对核心土进行封闭处理，防止核心土裸露时间较长失稳、崩塌；核心土封闭参数可根据土质情况选择素喷或锚喷防护。,5.3.4 仰拱施工 黄土隧道在开挖后受各种地质和施工因素的影响，在施工前期围岩变化较大，支护体系应快速封闭成环；根据掌子面的空间效应，掌子面距仰拱最大距离以不超过25米为宜，仰拱建议采用半幅施工，开挖长度以34米最为安全，防止开挖步距过大，边墙拱脚处收敛加剧，造成喷射混凝土开裂和拱架下沉。仰拱开挖后，应及时施作仰拱钢架及衬砌混凝土支护。,5.3.5 防排水施工 （1）施工防排水 黄土遇水软化，施工中选用煤电钻和矿用电动岩石钻机施作锚杆和小导管，尽量减少开挖面的施工用水量，加快对开挖掌子面的封闭处理，缩短土体裸露时间。另外，对于开挖后出现的渗漏水，宜引不宜堵，采用集水坑形式集中处理，对于土体含水量超过20%的地段，仰拱开挖后，及时初喷混凝土予以封闭处理。 （2）结构防排水 防排水的施工原则是以排水为主，防排结合，综合治理，形成完整的防排水体系，使隧道防水可靠，排水畅通。复合式衬砌采用50双壁打孔波纹管、防水板和土工布进行环向防水；采用116双壁打孔波纹管、中心排水沟及排水边沟进行横向、纵向排水。,5.3.6 衬砌 阳曲1号隧道黄土段边墙、拱部采用9m可调式全自动液压台车，混凝土采用洞外自动计量拌合站拌制，混凝土罐车运输至洞内，经输送泵泵送入模。（可调式全自动液压台车的模度系数可根据实际情况作调整） 5.3.7 监控量测技术 监控量测是地下工程尤其是软弱段围岩施工中的重要内容，是监视围岩和支护稳定性的重要手段，它能指导施工、预报险情、确保安全。根据测量结果，绘制位移-时间曲线，进行回归分析，判断围岩及支护稳定情况，及时反馈，以指导施工。,监控量测项目一览表,5.3.8 注意事项 （1）大跨度黄土隧道施工应严格遵循“管超前、短开挖、勤测量、强支护、快封闭、早成环、稳中求快”的原则。 （2）黄土遇水，力学效应发生显著变化，施工中应加强对水的管理，可采取集中排水的办法。 （3）仰拱应及时紧跟导坑开挖，即可以保护地基，防止翻浆冒泥，也有利于车辆行驶及文明施工的加强。 （4）左右侧两个工作面前后距离不宜过大，开挖过程中应注意将核心土保留完好，导坑开挖后根据围岩情况喷射混凝土封闭开挖面和侧壁墙。,（5）超前小导管支护较一般设计应加密，可每循环施作超前管棚支护，消除掉块及小型冒顶等拱顶脱空病害。 （6）初支钢架拱脚处加垫混凝土预制块或钢板，拱架背后喷填密实，锁脚钢管及边墙锚杆视围岩情况适当加密布设，拱部锚杆可适当减少。 （7）通过监控量测及时取得实测数据分析反馈用以修正设计参数和调整施工作业方法。 （8）及时闭合初支结构并施作仰拱衬砌，严格控制二衬与掌子面距离。,六、资源配置,主要施工机械配置表,双侧壁导坑与偏心CD环形导坑工艺施工 主要机具对比表,主要作业工序劳动力配备表,双侧壁导坑与偏心CD环形导坑工艺施工 主要人员配置对比表,七、质量控制,7.1质量标准 本工法执行施工设计图纸、公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）、公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）。 7.2质量措施 7.2.1洞身开挖过程中，应预留10cm20cm采用人 工手持风镐进行修整，避免超欠挖。 7.2.2钢支撑的锁脚锚杆应向下以4045角度 斜插，以起到承载拱扩大拱脚的作用。,7.2.3钢架安设精度应从间距、垂直度等方面严格控制，避免侵入二衬，喷射混凝土时应先喷钢拱架两侧，包裹钢拱架，喷射时应注意钢架背后不能产生空洞。 7.2.4 仰拱分开施作，分开不在1/2处断开，仰拱的钢筋应错开搭接，避免接头在同一个断面上。 7.2.5 衬砌防水板的铺设应防止防水板与土工布连接部位破损（破损后应补焊），影响防水效果。 7.2.6 预留、预埋件的安设应注意位置的准确性，避免倾斜现象出现。 7.2.7 加强二次衬砌混凝土的振捣，防止出现蜂窝、麻面现象。